一起區外故障引起220 kV主變壓器差動保護動作的分析

王會增，王 樂，齊肖彬

（國網河北省電力有限公司超高壓分公司，河北 石家莊 050071）

0 引言

繼電保護是電力網三道防線的重要一環，主變壓器（以下簡稱“主變”）差動保護是電力變壓器可靠運行的保證，在電力網中具有舉足輕重的作用?？焖僬_分析主變保護故障性質是快速處理問題的關鍵所在[1]，是一次設備能否投入運行的決定性因素，是確保電力設備安全穩定運行的基礎。2021-09-17T05：24：33，某市220 kV新能源升壓站220 kV線路發生短路故障，線路保護裝置正確動作切除故障，同時主變保護差動動作，跳開主變兩側，造成主變壓器停止運行、新能源發電量無法滿額輸出的嚴重后果。本文通過對這起區外故障引起220 kV主變壓器差動保護動作的分析，提出了相應的保障措施。

1 現場檢查

1.1 變電站事故發生前的運行方式

該站現有220 kV變壓器2臺，Y/△繞組類型。220 kV在運線路2條，1條與主網變電站連接，另1條與另一新能源升壓站連接，故障線路為與主網連接的線路。220 kV母線和35 kV母線全部采用單母線接線，正常運行時主變高壓側中性點接地，差動保護電流互感器CT（current transformer）二次部分采用全星形接線（如圖1所示）。

圖1 某220 kV變電站差動保護動作時的運行方式

1.2 運行值班人員現場記錄

2021-09-17T05：24：33，變電站事故音響警報響起，1號主變兩側211、311及線路241開關位置信號指示綠燈閃動，監控后臺報“220 kV某線PCS型差動保護動作”“220 kV某線CSC型差動保護動作”“1號主變PCS型差動保護動作”?，F場檢查，1號主變保護1屏“保護動作”告警燈亮，1號主變保護2屏無保護動作及相關告警信息。后來報告220 kV 241間隔某出線發生單相短路故障。

1.3 主變保護裝置動作報告

2021-09-17T05：24：33：65主變保護裝置動作報告的情況如下：0.000 0 ms保護啟動；0.000 8 ms縱差保護；動作相別B；跳高壓側，跳低壓1分支；縱差最大電流2.136Ie；高壓側自產零序電壓47.256 V；高壓側開口三角零序電壓80.992 V；高壓側最大電流0.667 A；高壓側間隙最大電流0.001 A；低壓1分支最大電流0.045 A。

1.4 故障錄波記錄情況

本站設有錄波裝置1臺，錄波器正確記錄故障時各開關量、模擬量，通過對錄波器檢查，發現線路單相故障后重合成功，單相故障發生的同時，主變保護A保護動作，高壓側操作箱保護跳閘。由于本段為新能源電源端，上級為主網架廠站，下級為另一新能源廠站，所以線路模擬量錄波為三相零序波形，從模擬量中看不出故障性質。調取主網架廠站錄波文件，從其模擬量波形可清晰判斷出為單相瞬時故障。

1.5 保護檢查

a）設備運行時差動保護實時運行參數檢查。設備運行時差動保護實時運行參數檢查情況如下：變壓器頻率49.96 Hz；變壓器A相差動電流0.002 A；變壓器B相差動電流0.003 A；變壓器C相差動電流0.005 A；高壓側A相電流0.028 A；高壓側B相電流0.026 A；高壓側C相電流0.025 A；低壓側A相電流0.063 A；低壓側B相電流0.061 A；低壓側C相電流0.062 A；保護實時參數正常。

b）保護定值檢查。保護定值檢查的情況如下：保護裝置型號為PCS-978T2-G；縱差保護啟動電流定值0.5Ie；差動速斷電流定值6Ie；比率制動系數為0.5[2]；CT斷線閉鎖差動保護1。

c）對主變比率差動特性進行檢查，保護特性正常，并且能夠正確跳開高低壓側開關。

d）對相關回路進行絕緣測試，絕緣正常；對相關回路進行直阻測試，直阻正常。

2 保護動作分析

2.1 保護動作說明

220 kV側發生主變區外B相接地故障時，主變區外B相接地初期，高壓側三相電流畸變，出現差流，23 ms后三相電流恢復正常，主變保護差流消失。跳閘時三相差流分別為0.17Ie，2.74Ie和2.67Ie，差流制動門檻為0.57Ie，0.94Ie和0.64Ie，B相和C相差流滿足方程，因此縱差保護動作跳閘。

2.2 異常電流分析

高壓側CT變比為1 200/1，高壓側外接零序CT變比為300/1，以1 200/1為基準，計算高壓側自產零序電流和外接零序電流（二次值）。計算情況顯示，故障初期，自產零序電流為0，而外接零序電流為1.96 A，符合高壓側CT二次回路N相斷線特征。23 ms后三相電流恢復正常，自產零序電流和外接零序電流分別為2.58 A和2.65 A，兩者基本相等。

根據異?，F象判斷：故障前就發生了高壓側CT二次N相斷線，當高壓側發生區外A相接地后，由于N相斷線，無零序電流通路，因此故障初期自產零序電流為0。而后由于某種原因，導致N相二次回路連通，二次恢復正常后，自產和外接的零序電流一致，差流為0。

2.3 故障錄波器錄播文件分析

故障錄波器詳細記錄了故障過程中2套線路保護和主變保護A的動作過程，開關量通道事件序列如表1所示。通過分析故障錄波文件發現220 kV線路發生了單相瞬時性故障，保護正確動作并重合成功。主變保護A在故障發生時幾乎和線路保護同時動作，動作持續時間短于線路保護，并且主變保護B未動作。由于錄波器模擬量與線路保護不同源，不具分析價值，不再分析。

表1 故障錄波開關量通道事件序列單位：ms

2.4 保護動作原因分析

經對保護錄波文件分析，初步判定為N線斷相導致。導致N線斷相原因有2種：一是裝置ADC采樣插件（NR1401T）出現問題，二是二次回路出現問題。

經檢查二次回路絕緣正常，通斷也正常。為進一步確定N線斷相原因，在1號主變高壓側匯控柜處，使用繼電保護測試儀對保護裝置A添加0.2 A三相對稱的保護電流，同時對裝置采樣情況進行視頻錄制，在40 min 34 s的試驗中，電流共出現2次消失。試驗結果如表2所示。

表2 第一次試驗結果

更換ADC采樣插件（NR1401T）后進行第二次加量試驗，在1 823 s的試驗時長中，又出現一次電流消失的情況，本次電流消失約3 s后恢復。由此可判斷出非ADC采樣插件損壞導致。

再次搖測二次回路絕緣正常，通斷也正常，拆除電流線檢查發現主變保護屏電流1 I1D端子排N4011線端導體絕緣皮有輕微程度的被擠壓痕跡，存在虛接情況，能夠導致上述異?，F象，重新接線后進行第三次試驗1.5 h，未再出現電流消失現象。由此可確認，事故原因是電流回路N線虛接導致。

3 暴露的問題及防范措施

3.1 二次回路施工工藝不佳

本次事故暴露出基建施工隊伍技術水平低，責任心不強，精細化管理水平不足。施工隊伍應強化培訓，提高施工工藝水平。制定規范的施工工藝、工作流程、質量控制體系[3]，對二次回路隱蔽工程，應從源頭加強監管。

3.2 二次設備監控信息不全

主變保護在負荷較低時，N相斷線后保護裝置及站內自動化監控系統無法準確判斷電流的減少是負荷降低還是二次回路故障。應提升自動智能巡檢水平，完善相應技術措施[4-5]，在此之前應加強人員巡檢力度，時刻關注保護裝置采樣信息。

3.3 日常運維巡視流于形式

變電站運維人員應對設備運行狀態負全部責任，在日常巡檢中不能只看裝置外觀及指示燈，還應對保護裝置重要的信息進行巡查。變電站應完善運行規程，增加巡視項目，對采樣信息應重點關注。

4 結束語

本文通過對保護錄波文件、故障錄波器錄波文件進行分析，并反復檢查電流二次回路，得出了主變PCS-978T2-G型保護動作行為符合設計原理，保護正確動作的結論，并查明事故原因是由于高壓側電流異常導致縱差保護動作。電流1 I1D端子排的N4011線端導體絕緣皮有輕微程度的被擠壓痕跡，造成N相接觸不良，間歇性中斷，導致故障瞬間自產零序電流消失，造成差動誤動作。本文對事故暴露出的問題進行了分析并提出了防范措施。